El universo: una inmensa red de puertas lógicas cuánticas

Después de lo visto últimamente en la blogosfera casi conviene pecar de prudente antes de lanzarse a la piscina. Sin embargo hoy leyendo los feeds me he encontrado con un paper muy interesante (arxiv.org/abs/0905.1119) titulado "Relativity as a Consequence of Quantum Entanglement: A Quantum Logic Gate Space Model for the Universe" y firmado por un equipo de la University of Waterloo y quiero comentarlo porque siempre me parecen muy interesantes los intentos por conectar el paradigma físico a nivel cosmológico con su homólogo a escala infinitesimal. Que recordemos, es una de las tareas pendientes de la Física de hoy. Aunque tiene bastante relación con la computación cuántica, como veremos.

Hay que aclarar varios puntos antes. Primero, que se trata de un modelo. Y un modelo básicamente es que propones una idea genial que se te ha ocurrido y que explica la realidad y luego buscas la consistencia matemática. Una vez la tienes, contrastas con la realidad e intentas predecir resultados. Si funciona, tienes un buen modelo. Igual que si construyes el modelo de un útero para analizar el aparato reproductor, no tienes un aparato reproductor pero cuanto más detallado sea más se parecerá a la realidad. Hay que decir esto bien claro antes de que piensen que esto se trata de otra paja mental de los físicos cuánticos.

Otra cosa que hay que dejar bien clara es que aunque lo parezca, en absoluto propone un modelo determinista a pequeña escala que termina produciendo azar a gran escala. Últimamente es bastante frecuente encontrar modelos que intentan ver el Modelo Estándar valiéndose de lo que se estudia en computación cuántica. Porque este punto de vista es muy útil en la física moderna de hoy en día y ha dado buenos resultados en general.

En el el abstract del artículo declara que asumimos que lo que ocurre en el universo está compuesto por una enmarañada red de puertas lógicas reversibles⁽¹⁾, incluyendo el vacío. El espacio puede ser configurado como materia o energía (fotones) simplemente cambiando la información de partida que reciben esas entidades a través del entrelazamiento cuántico.

Uno de los problemas con los que se encuentra la Teoría Cuántica de Campos es que la gravedad no parece compartir información a pequeña escala con ninguna de las otras fuerzas fundamentales. Al contrario que otras fuerzas, la gravedad surge del vacío cuántico por sí misma sin necesidad de materia o energía para su existencia. Las otras fuerzas requieren partículas que puedan ser observadas en los experimentos. Aunque las energías en los aceleradores están acercándose a niveles en los que la fuerza más débil de todas podría ser detectada, no está claro que existan partículas fundamentales para la gravedad o que simplemente sean consecuencia de la colisión a altas energías que permite su formación debido a aspectos del vacío que desconocemos todavía. Los gravitones, hay que dejarlo claro, únicamente se pueden definir en situaciones lo bastante particulares como para desconfiar de su existencia en general o al menos, como el resto de partículas elementales.

Aunque puedan ser predichos por la teoría cuántica de campos o vistos en los aceleradores de partículas, no nos dice por qué existen tal y como lo hacen en vez de hacerlo como las demás. En el artículo citado se propone una teoría, un paradigma para la física que no asume que las partículas con sus propiedades ondulatorias es la forma más sencilla para entender las leyes de la física. En lugar de eso, asume que el vacío cuántico se compone básicamente de puertas lógicas reversibles del tipo Toffoli ⁽¹⁾ que están conectadas en 3D en una malla inmensa que teje el universo. Las puertas están ocultas únicamente en aquellos puntos en los que los valores de control impiden controlar el estado interno. Se asume que los cuantos de energía no tienen por qué ser fotones, al menos, los fotones encargados de propagar la fuerza electromagnética.

En este tipo de puertas lógicas tenemos dos valores de entrada (siempre 0 o 1). El primer valor es el que determina si se trata de vacío o no, y el segundo permite distinguir entre materia y energía. Es decir, sería algo así:

Entrada: 0 0
Salida: vacío cuántico.

Entrada: 0 1
Salida: vacío cuántico.

Entrada: 1 0
Salida: energía (fotones).

Entrada: 1 1
Salida: materia.

Esto significa que la diferencia esencial entre el espacio vacío, los fotones y la materia sería el valor de entrada que recibe la puerta lógica. El espacio vacío se caracterizaz por la incapacidad de las entradas lógicas para influir el estado interno lógico de estas puertas, porque si el primer valor de entrada es un 0 se trata de vacío independientemente del valor del segundo bit. Si revisamos la referencia ⁽¹⁾ veremos que la tabla lógica se corresponde con la de una puerta de Toffoli de 2 valores de entrada.

De igual modo, la materia y la energía se corresponden a un valor de 1 en el primer bit de entrada, el de control por tanto el estado interno es controlable desde el exterior permitiendo la interacción entre la materia y la energía con el mundo exterior, utilizando las leyes de la Física. Fotones intercambiando información lógica con el vacío da como resultado la propagación de la luz. Fotones facilitando el intercambio de información entre materia y el vacío nos lleva a las leyes del movimiento, incluida la relatividad. Este modelo permite derivar muchas de las leyes físicas fundamentales desde un punto de vista puramente cuántico incluyendo en estas consideraciones el principio de incertidumbre, las transformaciones de Lorentz de la relatividad y la relación relativista entre masa y energía. El modelo proporciona una explicación posible a numerosos fenómenos físicos incluyendo la materia oscura, la antimateria y un universo inflacionario.

La diferencia entre la materia y la energía sería que las puertas lógicas correspondientes a materia no estarían entrelazadas con las del espacio vacío y por tanto requieren la presencia de fotones para intercambiar información con las del vacío y poder moverse. Los objetos físicos con masa en reposo son acumulaciones de materia y por tanto están compuestos tanto de puertas de tipo materia como de puertas de tipo energía que están entrelazadas cuánticamente para poder intercambiar información de los dos tipos.

Si a estas alturas no estás perdido -que es bastante posible- intentaré hacer un resumen. Aquí se propone un modelo en el que el universo se compone de una inmensa red tridimensional de puertas lógicas. Estas puertas lógicas pueden ser de tres tipos: vacío cuántico, materia o energía. Las del tipo vacío cuántico impiden que se controle su estado interno. Las de tipo materia y energía si comparten este control con el resto y pueden intercambiar información dando lugar a las interacciones fundamentales.

Así por ejemplo, una puerta lógica de tipo energía podría interactuar con una de tipo vacío cuántico (aunque no pueda cambiar su estado interno sí que puede interactuar, ya que recordemos, hay dos líneas de entrada: la de control y la otra, que permite las interacciones) para moverse. Esto daría como resultado luz propagándose en el vacío. Si tenemos una puerta lógica de tipo materia entrelazada con una de tipo energía, tendríamos una partícula con masa moviéndose.

Todo depende por tanto de cómo se intercambie la información y con quién. Por supuesto no hemos entrado a valorar de dónde vienen dichos valores de entrada. Porque aunque sea un circuito lógico inmenso no es difícil darse cuenta de que aunque a pequeña escala puedas saber qué valores de salida se obtienen para qué valores de entrada esto no implica determinismo. En primer lugar porque desconocemos el estado interno de todas ellas. Y en segundo lugar porque no podemos controlar el tránsito de la información ni predecirla. A lo sumo, hallar probabilidades de que ocurra tal o cual fenómeno. Pero este modelo no es equivalente a un gran circuito electrónico donde sabemos punto a punto lo que ocurre y también lo que ocurre a gran escala (si no lo supiéramos, para poco servirían). Como todo esto sucede a escala de Planck no podemos saber cómo está hecha la red porque lo impide el principio de incertidumbre. A cambio podemos saber las consecuencias a una mayor escala.

Visto en Arxiv.org.

 

 

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(1) http://en.wikipedia.org/wiki/Toffoli_gate.

 

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